Čo je fyzikálne pole? Je možné si to predstaviť pomocou jednoduchých obrázkov, ktoré sú prístupné nášmu chápaniu? Ako to súvisí s predstavami o časticiach hmoty?
Najjednoduchšia predstava poľa je daná súvislým médiom, napríklad vodou, vypĺňajúcou určitú oblasť priestoru (alebo celý priestor). Toto médium môže mať napríklad rôznu hustotu alebo teplotu v rôznych bodoch a môže sa rôzne pohybovať. Je to špecifická fyzikálna vlastnosť média, odlišná v rôznych bodoch a dostupná pre merania, ktorá fyzicky určuje pole. V tomto ohľade sa rozlišuje teplotné pole, rýchlostné pole, silové pole atď.
Z filozofického hľadiska delenie sveta na telesá a častice na jednej strane a súvislé médium, pole a prázdny priestor na strane druhej zodpovedá identifikácii dvoch extrémnych vlastností sveta – jeho diskrétnosti a kontinuity.
Diskrétnosť znamená „zrnitosť“, konečnú deliteľnosť časopriestorovej štruktúry a stavu predmetu alebo predmetu, jeho vlastnosti a formy pohybu (skoky), pričom kontinuita vyjadruje jednotu, celistvosť a nedeliteľnosť predmetu, samotnú skutočnosť jeho stabilná existencia. Pre spojité neexistujú hranice deliteľného.
V matematike tieto filozofické kategórie zodpovedajú diskrétnej množine prirodzených čísel a spojitej množine (kontinuu) reálnych čísel. Pre presný časopriestorový popis vlastností spojitého prostredia (a poľa) bol vyvinutý špeciálny odbor matematiky.
Diskrétne a spojité vlastnosti sveta v rámci klasickej fyziky sa spočiatku javia ako protikladné, oddelené a nezávislé od seba, hoci vo všeobecnosti dopĺňajú všeobecnú predstavu o svete. A až vývoj koncepcie poľa, hlavne na opis elektromagnetických javov, umožnil pochopiť ich dialektickú jednotu. V modernej kvantovej teórii táto jednota protikladov diskrétneho a spojitého našla hlbšie fyzikálne a matematické opodstatnenie v koncepte vlnovo-časticová dualita.
Po príchode kvantovej teórie poľa sa myšlienka interakcie výrazne zmenila. Podľa tejto teórie nie je žiadne pole spojité, ale má diskrétnu štruktúru. Napríklad elektromagnetická interakcia v kvantovej teórii poľa je výsledkom výmeny častíc fotóny– kvantá elektromagnetického poľa, teda fotóny sú nositeľmi tohto poľa. Podobne aj iné typy interakcií vznikajú v dôsledku výmeny častíc kvantami zodpovedajúcich polí. Predpokladá sa napríklad, že gravitóny sa zúčastňujú gravitačnej interakcie (ich existencia zatiaľ nebola experimentálne potvrdená).
Podľa koncepcie poľa častice zúčastňujúce sa interakcie vytvárajú v každom bode priestoru, ktorý ich obklopuje, špeciálny stav - pole síl, ktoré sa prejavuje silovým vplyvom na iné častice umiestnené v určitom bode tohto priestoru. Spočiatku bola mechanická interpretácia poľa navrhnutá ako elastické napätia hypotetického média „éteru“. Teória relativity, ktorá odmietla „éter“ ako špeciálne elastické médium, zároveň dala základný význam pojmu poľa ako primárnej fyzikálnej reality.
V modernej kvantovej fyzike si nový možný typ hmoty môže nárokovať úlohu „éteru“ - fyzické vákuum. Prvé myšlienky o ňom dal jeden z tvorcov kvantovej teórie poľa, anglický fyzik P. Dirac (tzv. „Diracovo more“). Hoci vákuum priamo nevidíme (je priehľadné pre elektromagnetické žiarenie a nekladie žiadny odpor pohybu hmotných častíc a telies), stále sa môže objaviť, keď rovnaké častice alebo elektromagnetické vlny (gama kvantá), ktoré majú dostatočnú energiu interagovať s ním. Ak táto energia presiahne dvojnásobok pokojovej energie, napríklad elektrónu, potom gama kvantum môže v prítomnosti ďalšej častice (atómového jadra) po zmiznutí zrodiť pár elektrón-pozitrón, ako keby „ vytrhnutý“ z vákua. Existujú ďalšie dôkazy v prospech fyzického vákua.
V histórii fyziky za posledných 300 rokov boli navrhnuté najmenej štyri rôzne koncepty „éteru“: Newtonov absolútny priestor, Huygensov svetelný éter, Einsteinov gravitačný éter a Diracovo fyzikálne vákuum. Až budúcnosť ukáže, do akej miery bude oprávnená intuícia fyzikov o existencii špeciálneho média v prírode – fyzikálneho vákua.
Keď sa výskumník dostane na javisko
na ktorom prestáva vidieť za seba
stromami lemovaný les, on príliš ochotne
má tendenciu riešiť tento problém
prechodom na štúdium jednotlivých listov.
Lancet
Aké sú korpuskulárne a kontinuálne prístupy k popisu rôznych prírodných objektov? Čo je to odbor v širšom zmysle slova? Na opísanie ktorých objektov sa používa pojem pole? Ako si môžete predstaviť pole?
Lekcia-prednáška
Korpuskulárny a kontinuálny popis prírodných objektov. Od staroveku existovali dve protichodné predstavy o štruktúre hmotného sveta. Jeden z nich - koncept kontinua Anaxagoras-Aristoteles - bol založený na myšlienke kontinuity, vnútornej homogenity. Hmota sa podľa tohto konceptu dá deliť donekonečna a to je kritériom jej kontinuity. Hmota, ktorá úplne vypĺňa celý priestor, „nezanecháva v sebe žiadnu prázdnotu“.
Ďalšia myšlienka - atomistický alebo korpuskulárny koncept Leucippus-Democritus - bola založená na diskrétnosti časopriestorovej štruktúry hmoty. Odrážala dôveru človeka v možnosť rozdeľovania hmotných predmetov na časti až po určitú hranicu - až po atómy, ktoré sa vo svojej nekonečnej rozmanitosti (veľkosťou, tvarom, usporiadaním) rôznym spôsobom spájajú a dávajú vznik celej rozmanitosti predmetov. a javy reálneho sveta. Pri tomto prístupe je nevyhnutnou podmienkou pre pohyb a kombináciu reálnych atómov existencia prázdneho priestoru. Korpuskulárny svet Leucippa – Demokrita je teda tvorený dvoma základnými princípmi – atómami a prázdnotou a hmota má atómovú štruktúru.
Pozerám sa na neho a nevidím ho, a preto ho nazývam neviditeľným. Počúvam to a nepočujem to, a preto to nazývam nepočuteľné. Snažím sa ho chytiť a nedočiahnem, tak ho volám najmenší. Nie je potrebné sa snažiť zistiť zdroj tohto, pretože je jeden.
Aké je podľa vás prepojenie medzi obrázkom na maľbe, citátom a názvom odseku?
Paul Signac. Borovica. Saint Tropez
Moderné predstavy o povahe mikrosveta spájajú oba pojmy.
Systém ako súbor častíc (korpuskulárny popis). Ako môžeme opísať svet diskrétnych častíc na základe klasických konceptov?
Pozrime sa ako príklad na slnečnú sústavu. V najjednoduchšom modeli, keď sa planéty považujú za hmotné body, na popis stačí uviesť súradnice všetkých planét. Súbor súradníc v určitom referenčnom systéme je označený takto: (x 1 (t), y 1 (t), z 1 (t)); tu index i čísluje planéty a parameter t označuje závislosť týchto súradníc od času. Nastavenie všetkých súradníc ako funkcie času úplne určuje konfiguráciu planét slnečnej sústavy v akomkoľvek danom čase.
Ak chceme náš popis spresniť, musíme špecifikovať ďalšie parametre, ako sú polomery planét, ich hmotnosti atď. Čím presnejšie chceme popísať Slnečnú sústavu, tým viac rôznych parametrov musíme pre každú planétu zvážiť.
Pri popise diskrétneho (korpuskulárneho) systému je potrebné nastaviť rôzne parametre, ktoré charakterizujú každú zo zložiek systému. Ak tieto parametre závisia od času, treba túto závislosť brať do úvahy.
Systém ako súvislý objekt (popis kontinua). Prejdime k epigrafu na začiatku odseku, uvažujme teraz o systéme, akým je les. Pre charakteristiku lesa je však dosť zbytočné uvádzať všetkých zástupcov flóry a fauny daného lesa. A nielen preto, že je to príliš únavná, ak nie nemožná úloha. O rôzne informácie sa zaujímajú zberači dreva, hubári, vojenský personál a ekológovia. Ako zostaviť adekvátny model na popis tohto systému?
Napríklad záujmy drevorubačov možno zohľadniť priemerným množstvom (v m 3 ) komerčného dreva na štvorcový kilometer lesa v danej oblasti. Označme túto veličinu M. Keďže závisí od oblasti, o ktorej uvažujeme, zavedieme súradnice x a y, ktoré oblasť charakterizujú, a označíme závislosť M od súradníc ako funkciu M(x,y). Napokon, hodnota M závisí od času (niektoré stromy rastú, iné hnijú, vznikajú požiare atď.). Pre úplný popis je preto potrebné poznať závislosť tejto veličiny od času M(x,y,t). Potom sa dajú hodnoty reálne, aj keď približne odhadnúť na základe pozorovania lesa.
Uveďme si ďalší príklad. Prúdenie vody je mechanický pohyb vodných častíc a nečistôt. Je však jednoducho nemožné opísať tok pomocou korpuskulárnej metódy: jeden liter vody obsahuje viac ako 10 25 molekúl. Aby bolo možné charakterizovať prúdenie vody v rôznych bodoch vodnej plochy, je potrebné poznať rýchlosť, ktorou sa častice vody pohybujú v danom bode, teda funkciu v(x, y, z, t) (Premenná t znamená, že rýchlosť môže závisieť od času, napríklad keď hladina vody stúpne počas povodne.)
Ryža. 11. Fragment topografickej mapy zobrazujúci: čiary rovnakej výšky (a); obraz kopcov a priehlbín (b)
Vizuálne znázornenie vektorového poľa možno nájsť aj na geografickej mape – ide o čiary prúdu, ktoré zodpovedajú poľu rýchlosti tekutiny. Rýchlosť častice vody smeruje vždy tangenciálne k takejto čiare. Ostatné polia sú znázornené podobnými čiarami.
Takýto popis sa nazýva popis poľa a funkcia, ktorá definuje nejakú charakteristiku rozšíreného objektu v závislosti od súradníc a času, sa nazýva pole. Vo vyššie uvedených príkladoch je funkcia M(x, y, t) skalárne pole charakterizujúce hustotu priemyselného dreva v lese a funkcia v(x, y, z, t) je vektorové pole charakterizujúce rýchlosť prietok tekutiny. Existuje veľké množstvo rôznych oblastí. V skutočnosti popisom akéhokoľvek rozšíreného objektu ako niečoho súvislého môžete predstaviť svoje vlastné pole a viac ako jedno.
Pre súvislý (spojitý) popis nejakého rozšíreného objektu sa používa pojem pole. Pole je nejaká charakteristika objektu, vyjadrená ako funkcia súradníc a času.
Vizuálne znázornenie poľa. Pri diskrétnom popise systému vizuálna reprezentácia nespôsobuje ťažkosti. Príkladom môže byť známy diagram slnečnej sústavy. Ale ako môžete zobraziť pole? Obráťme sa na topografickú mapu oblasti (obr. 11, a).
Táto mapa okrem iného zobrazuje čiary rovnakej výšky pre kopce a priehlbiny (obrázok 11.6).
Toto je jedno zo štandardných vizuálnych zobrazení skalárneho poľa, v tomto prípade poľa výšky nad hladinou mora. Čiary rovnakej výšky, t. j. čiary v priestore, v ktorých pole nadobúda rovnakú hodnotu, sú nakreslené v určitom intervale.
Pole môže byť vizuálne znázornené ako čiary v priestore. Pre skalárne pole sú čiary nakreslené cez body, v ktorých je hodnota premennej poľa konštantná (čiary konštantnej hodnoty poľa). Pre vektorové pole sa smerované čiary kreslia tak, že v každom bode čiary bude vektor zodpovedajúci poľu v danom bode dotyčnicou tejto čiary.
- Meteorologické mapy kreslia čiary nazývané izotermy a izobary. Akým poliam zodpovedajú tieto riadky?
- Predstavte si skutočné pole - pole pšenice. Vplyvom vetra sa klásky nakláňajú a v každom bode pšeničného poľa je sklon kláskov iný. Vytvorte pole. to znamená, uveďte hodnotu, ktorá by mohla opísať sklon kláskov v pšeničnom poli. Čo je to za pole: skalárne alebo vektorové?
- Planéta Saturn má prstence, ktoré sa pri pohľade zo Zeme javia ako pevné, ale v skutočnosti sú to mnohé malé satelity pohybujúce sa po kruhových dráhach. V akých prípadoch je vhodné použiť diskrétny popis pre prstence Saturna a v akých prípadoch je vhodné použiť súvislý?
Je možné zrýchliť alebo spomaliť čas?
Existujú paralelné reality?
Je možné okamžite cestovať v čase? Je jasnozrivosť možná?
UNIVERZÁLNY ODBER VZORIEK
Vývoj vedy a techniky prechádza od kontinuálneho (analógového) k diskrétnemu, t.j. nie nepretržité. Čo to znamená? A rozhliadnite sa okolo seba! Všetky moderné technológie sú digitálne! Nepracuje so spojitými signálmi, ale s ich diskrétnymi, teda individuálnymi hodnotami prevedenými do digitálneho kódu. Tieto jednotlivé hodnoty signálu sú uložené v pamäťových blokoch počítačov, digitálnych fotoaparátov, videokamier a mobilných telefónov. V prípade potreby sa spracujú a z nich sa podľa špeciálnych programov vytvárajú spojité signály – zvukové, elektrické, svetelné atď.
Ale len nedávno, v polovici a dokonca ani v druhej polovici dvadsiateho storočia, digitálna technológia nebola taká rozšírená. Použili sme analógové prístroje, ktoré pracujú so spojitými signálmi. A žiadne jednotlivé hodnoty týchto signálov neboli prevedené na digitálny kód.
Diskrétna digitálna technológia je presnejšia, multifunkčnejšia a využíva pamäťové bloky efektívnejšie ako analógové. To dokazuje, že človek je na správnej ceste pri odhaľovaní plánu Prírody alebo Vyššej mysle.
Podobné procesy prebiehali vo fyzike. Tvorilo samostatný vedný odbor – kvantovú fyziku. Je to presne to, čo študuje jednotlivé, inými slovami, diskrétne (opäť diskretizácia, ako v technológii!) časti hmoty a energie, inými slovami, kvantá.
Čo je kvantizácia (alebo, čo je to isté, diskretizácia) procesu? Proces nie je uvažovaný kontinuálne, ale v určitých momentoch (časová kvantizácia) alebo v určitých špecifických stavoch (úrovňová kvantizácia). Tu vám to ukážem na obrázku:
Preto kvantová fyzika považuje všetko za diskrétne - jednotlivé častice, jednotlivé časti, kvantá, látky, jednotlivé hodnoty veličín, jednotlivé, teda diskrétne, reality. Max Planck to celé začal. Bol to on, kto zaviedol pojem kvantum - nedeliteľná časť akéhokoľvek množstva. Tento koncept je založený na myšlienke, že niektoré fyzikálne veličiny môžu nadobúdať iba určité hodnoty, to znamená, že fyzikálna veličina je kvantovaná alebo nadobúda diskrétne hodnoty. Kvantová fyzika študuje širokú škálu fyzikálnych javov, ktoré sa vyznačujú diskrétnym pôsobením.
PARALELNÉ REALITY
Diskrétnosť a kvantová povaha sveta je už prakticky preukázaná. To znamená, že je celkom možné predpokladať existenciu diskrétnych, paralelných realít a možnosť prechodu z jednej reality do druhej – takzvaný kvantový skok. Bol som napríklad v jednej realite – a hop! - presťahoval sa do iného. Všetko je v konečnom dôsledku rozložené na častice, teda na diskrétne prvky, ktoré sa navzájom nepretínajú. A reality existujú diskrétne, paralelne jedna s druhou. No ako stránky v zatvorenej knihe. A preto sa môžete skokom presúvať z jednej stránky-reality do druhej (veď medzi nimi nič nie je, takže proces prechodu z jednej reality do druhej nemôže byť kontinuálny, je diskrétny).
Dá sa predpokladať diskrétna povaha dokonca aj našich životov. Mali ste niekedy pocit, že iné bolo napríklad vaše detstvo, nie váš život? Zažili ste niekedy taký pocit, že sa váš život posunul na novú kvalitatívnu úroveň? Osobne som mal takéto pocity veľakrát. Proces (život človeka) mal taký a taký stav a zrazu sa zmenil a preskočil na inú úroveň. Toľko k odberu vzoriek.
Je to však len dohad. Ale je to predpoklad, ktorý nám umožňuje pripustiť a vysvetliť existenciu paralelných realít. To znamená možnosť okamžitého prechodu z jednej reality do druhej. Bolo by pekné prejsť z reality s nízkou kvalitou života do reality, kde je kvalita života lepšia...
AKO TO VYSVETLIŤ?
Nie je žiadnym tajomstvom, že všetko, vrátane ľudí, pozostáva z drobných častíc. Moderná kvantová fyzika nachádza čoraz menšie častice. Dospelo to do bodu, kedy je párny čas zastúpený vo forme drobných častíc – chronónov. Podľa teórie profesora Veinika sa každý objekt skladá z chronónov. Každá takáto častica nesie chronálnu látku, ktorá charakterizuje čas. Niekde je takýchto častíc viac, niekde menej. A je možné, že množstvo chronálnej látky v rôznych chronónoch je rôzne. V dôsledku toho vzniká časová heterogenita. Preto sa podľa mňa stáva, že čas plynie rôzne: niekedy sa vlečie, niekedy rýchlo uletí.
A existujú častice, ktoré vôbec neobsahujú chronálnu substanciu, a preto sú „súčasne prítomné“ v minulosti, prítomnosti a budúcnosti. Čo nám to dáva?
Po prvé, vysvetlenie pre okamžité šírenie informácií a pre niektorých ľudí získať prístup k informáciám z minulosti a budúcnosti.
Po druhé, samozrejme, možnosť okamžitého cestovania v čase! Ukazuje sa, že ak pozostávame z malých častíc (a to je tento prípad), oveľa menších ako napríklad atóm, povedzme z chronónov prítomných súčasne v prítomnosti, v minulosti a v budúcnosti, potom zároveň sme prítomní v prítomnosti, v minulosti a v budúcnosti. Prečo si to nevšimneme? No, možno je potrebné nejaké preskupenie týchto častíc, z ktorých sa skladáme, aby sme zažili cestovanie v čase. Možno je potrebné najprv rozdeliť telo na najmenšie častice (a existujú v súčasnosti, v minulosti a v budúcnosti) a potom ich zostaviť - v minulosti alebo v budúcnosti. Alebo dokonca v inej realite, v inej dimenzii. Takto sa dá realizovať cestovanie v čase a do iných realít.
Po tretie, existencia chronónov naznačuje existenciu paralelných realít a možnosť pohybu medzi nimi. Koniec koncov, ak existujú drobné častice, ktoré sú zbavené chronálnej hmoty a sú súčasne prítomné v prítomnosti, minulosti a budúcnosti, potom sa ukáže, že prítomnosť, minulosť a budúcnosť existujú súčasne, teda v paralelné a predstavujú paralelné reality. V danom okamihu môžete existovať v prítomnosti, v minulosti a v budúcnosti. Je ťažké si to predstaviť? Ale nevidíme všetky tieto drobné častice, ktoré tvoria nás a našu realitu! Kde je teda záruka, že nekonečné množstvo paralelných realít, ktoré pozostávajú z drobných častíc rôznych veľkostí a umiestnených s rôznou hustotou, neexistuje práve tam a v rovnakom okamihu? Je pre nás ťažké predstaviť si, vizualizovať, len preto, že tieto najmenšie častice nepozorujeme. Ale existujú!
INFORMAČNÉ CESTY
Vyššie uvedené operácie s najmenšími časticami možno definovať ako informačné procesy, ktoré prebiehajú v dôsledku informačného vplyvu. Faktom je, že ide vo všeobecnosti o vlastnosť informačného vplyvu - ovplyvňovať nie veľké, ale malé, najmenšie častice, ktoré tvoria živý objekt, a so zmenou pohybu a stavu, ktorej globálne kvalitatívne zmeny v tele začínajú. . Na tejto vlastnosti informácie je založené napríklad zaobchádzanie s informačnými metódami.
Mimochodom, moderní vedci sa už naučili prenášať najmenšie častice na zlomok sekundy v čase a okamžite ich presúvať na veľké vzdialenosti vo vesmíre - teleportovať. V tomto prípade sa nepohybuje fyzická častica, ale informácia o nej. Pri pohybe v čase a od reality k realite štiepením na častice bez chronálnej hmoty a opätovným poskladaním možno objekt získať aj v inom čase alebo v inej realite, ktorá nie je fyzicky úplne rovnaká ako tá pôvodná. Ale to hlavné sa pohne – informácie o objekte, informačný portrét objektu – všetky informácie s tým súvisiace.
Aká je naša osobnosť? Toto sú informácie! Zmenili ste svoje telo, napríklad ste schudli alebo pribrali, ale ste to vy. A ste nažive s akýmkoľvek telom. Ale ak zahynie váš informačný portrét, vaša psychika, obsah vášho mozgu, bude to deštrukcia vašej osobnosti. Teraz sa veľa bohatých ľudí snaží zabezpečiť si večný život tým, že si do pamäťových blokov ukladajú všetky informácie, ktoré sa ich týkajú – všetky ich myšlienky, pocity, čo videli, počuli, cítili. Pre nesmrteľnosť a skutočne pre existenciu človeka je hlavnou vecou zachovanie informácií o sebe, a nie o tele. Takže teória profesora Veinika nám umožňuje predpokladať možnosť pohybu informácií z reality do reality a cestovania v čase a vysvetliť tieto javy.
Od staroveku existovali dve protichodné predstavy o štruktúre hmotného sveta. Jeden z nich: Koncept kontinua Anaxagoras - Aristoteles - bol založený na myšlienke kontinuity, vnútornej homogenity, „kontinuity“ a zjavne bol spojený s priamymi zmyslovými dojmami produkovanými vodou, vzduchom, svetlom atď. Hmota sa podľa tohto konceptu dá deliť donekonečna a to je kritériom jej kontinuity. Hmota, ktorá úplne vypĺňa celý priestor, nezanecháva v sebe žiadnu prázdnotu.
Ďalšia myšlienka: atomistický (korpuskulárny) koncept Leucippa - Democritus - bol založený na diskrétnosti časopriestorovej štruktúry hmoty, „zrnitosti“ skutočných objektov a odrážal ľudskú dôveru v možnosť rozdeliť hmotné objekty na časti len určitú hranicu - na atómy, ktoré sa vo svojej nekonečnej rozmanitosti (veľkosti, tvaru, usporiadania) rôznym spôsobom spájajú a dávajú vznik celej rozmanitosti predmetov a javov reálneho sveta. Pri tomto prístupe je nevyhnutnou podmienkou pre pohyb a kombináciu reálnych atómov existencia prázdneho priestoru. Treba priznať, že korpuskulárny prístup sa ukázal ako mimoriadne plodný v rôznych oblastiach prírodných vied. V prvom rade to, samozrejme, súvisí s newtonovskou mechanikou hmotných bodov. Ako veľmi účinná sa ukázala aj molekulárno-kinetická teória hmoty, založená na korpuskulárnych konceptoch, v rámci ktorej sa interpretovali zákony termodynamiky. Pravda, mechanistický prístup vo svojej čistej forme sa tu ukázal ako nepoužiteľný, keďže ani moderný počítač nedokáže vysledovať pohyb 1023 hmotných bodov nachádzajúcich sa v jednom mole hmoty. Ak nás však zaujíma len spriemerovaný príspevok chaoticky sa pohybujúcich hmotných bodov k priamo meraným makroskopickým veličinám (napríklad tlak plynu na stene nádoby), tak sa dosiahla vynikajúca zhoda medzi teoretickými a experimentálnymi výsledkami. Zákony kvantovej mechaniky tvoria základ pre štúdium štruktúry hmoty. Umožnili objasniť štruktúru atómov, zistiť povahu chemických väzieb, vysvetliť periodickú sústavu prvkov, pochopiť štruktúru atómových jadier a študovať vlastnosti elementárnych častíc. Keďže vlastnosti makroskopických telies sú určené pohybom a interakciou častíc, z ktorých sú zložené, zákony kvantovej mechaniky sú základom pochopenia väčšiny makroskopických javov. K.m. umožnili napríklad vysvetliť teplotnú závislosť a vypočítať tepelnú kapacitu plynov a tuhých látok, určiť štruktúru a pochopiť mnohé vlastnosti pevných látok (kovy, dielektrika, polovodiče). Len na základe kvantovej mechaniky bolo možné dôsledne vysvetliť také javy ako feromagnetizmus, supratekutosť a supravodivosť, pochopiť podstatu takých astrofyzikálnych objektov, akými sú bieli trpaslíci a neutrónové hviezdy, a objasniť mechanizmus termonukleárnych reakcií na Slnku a hviezdy.
V kvantovej mechanike je pomerne častá situácia, keď pozorovateľné má pár pozorovateľných. Napríklad impulz je súradnica, energia je čas. Takéto pozorovateľné prvky sa nazývajú komplementárne alebo konjugované. Pre všetky platí Heisenbergov princíp neurčitosti.
Existuje niekoľko rôznych ekvivalentných matematických popisov kvantovej mechaniky:
Použitie Schrödingerovej rovnice;
Použitie von Neumannových operátorových rovníc a Lindbladových rovníc;
Použitie Heisenbergových operátorových rovníc;
Použitie metódy sekundárnej kvantizácie;
Použitie integrálu cesty;
Pomocou operátorových algebier, takzvaná algebraická formulácia;
Použitie kvantovej logiky.
Keď sa výskumník dostane na javisko
na ktorom prestáva vidieť za seba
stromami lemovaný les, on príliš ochotne
sa prikláňa k vyriešeniu tohto problému
ťažkosti prechodom na štúdium
jednotlivé listy.
Korpuskulárne a kontinuálne prístupy k opisu prírody. Skalárne pole. Vektorové pole. Trajektória.
Korpuskulárny a kontinuálny popis prírodných objektov. Viete o atómovej a molekulárnej štruktúre hmoty. Tieto poznatky sú založené na experimentálnych faktoch. Bola to skúsenosť, najmä Perrinova skúsenosť so štúdiom Brownovho pohybu, ktorá ukončila diskusiu medzi filozofmi o tom, či je hmota diskrétna alebo spojitá.
Od staroveku existovali dve protichodné predstavy o štruktúre hmotného sveta. Jeden z nich - koncept kontinua Anaxogoras - Aristoteles - bol založený na myšlienke kontinuity, vnútornej homogenity, „kontinuity“ a zjavne bol spojený s priamymi „zmyslovými“ dojmami produkovanými vodou, vzduchom, svetlom atď. Hmotu podľa tohto pojmu možno deliť donekonečna, a to je kritériom jej kontinuity. Hmota, ktorá úplne vypĺňa celý priestor, „nezanecháva v sebe žiadnu prázdnotu“.
Ďalšia myšlienka - atomistický, inak korpuskulárny koncept Leucippa - Democritus - bola založená na diskrétnosti časopriestorovej štruktúry hmoty, „zrnitosti“ reálnych predmetov a odrážala ľudskú dôveru v možnosť rozdelenia hmotných predmetov na časti až určitý limit - atómy, ktoré sa vo svojej nekonečnej rozmanitosti (veľkosťou, tvarom, usporiadaním) rôznym spôsobom spájajú a dávajú vznik celej rozmanitosti predmetov a javov reálneho sveta. Pri tomto prístupe je nevyhnutnou podmienkou pre pohyb a kombináciu reálnych atómov existencia prázdneho priestoru. Korpuskulárny svet Leucippa – Demokrita je teda tvorený dvoma základnými princípmi – atómami a prázdnotou a hmota má atómovú štruktúru. Atómy podľa starých Grékov nevznikajú ani nezanikajú, ich večnosť pramení z nekonečnosti času.
Moderné predstavy o povahe mikrosveta spájajú oba pojmy. Na jednej strane sa náš svet skutočne skladá z jednotlivých častíc, teda z toho, čo starí Gréci nazývali atómy. Počet týchto častíc vo vesmíre, ktorý pozorujeme, je konečný, aj keď veľmi veľký. Na druhej strane v priestore, ktorý pozorujeme, nie je žiadna prázdnota, keďže napríklad zložky hmoty ako fotóny nie sú priestorovo oddelené a majúce vlastnosti kontinuity ho úplne vypĺňajú.
Systém ako súbor častíc (korpuskulárny popis). Predtým, ako budeme hovoriť o prístupe kontinua, pripomeňme si, ako možno svet diskrétnych častíc opísať na základe klasických konceptov.
Zoberme si slnečnú sústavu ako príklad. V najjednoduchšom modeli, keď sa planéty považujú za hmotné body, na popis stačí uviesť súradnice všetkých planét. Súbor súradníc v určitom referenčnom systéme je označený takto: ( x i (t), y i (t), z i (t)), tu je index ičísla planét a parameter t označuje závislosť týchto súradníc od času. Nastavenie všetkých súradníc ako funkcie času úplne určuje konfiguráciu planét slnečnej sústavy v akomkoľvek danom čase.
Ak chceme objasniť náš popis, je potrebné špecifikovať ďalšie parametre, napríklad polomery planét, ich hmotnosti atď. Čím presnejšie chceme popísať Slnečnú sústavu, tým viac odlišných parametrov pre každú z planét musíme zvážiť.
teda pri diskrétnom (korpuskulárnom) popise určitého systému je potrebné nastaviť rôzne parametre, ktoré charakterizujú každú zo zložiek systému. Ak tieto parametre závisia od času, treba túto závislosť brať do úvahy.
Systém ako súvislý objekt (spojitý popis). Prejdime k epigrafu, uvažujme teraz o systéme, akým je les. Pre charakteristiku lesa je však dosť zbytočné uvádzať všetkých zástupcov flóry a fauny daného lesa. A nielen preto, že je to príliš únavná, ak nie nemožná úloha. O rôzne informácie sa zaujímajú zberači dreva, hubári, vojenský personál a ekológovia. Ako zostaviť adekvátny model na popis tohto systému?
Napríklad záujmy drevorubačov je možné vziať do úvahy pri zohľadnení priemerného množstva (v kubických metroch) komerčného dreva na štvorcový kilometer lesa v danej oblasti. Označme toto množstvo pomocou M. Keďže to závisí od uvažovanej oblasti, zadávame súradnice X A r, charakterizujúce oblasť a označujúce závislosť M zo súradníc ako funkcie M(x,y). Nakoniec veľkosť M závisí od času (niektoré stromy rastú, iné hnijú, vznikajú požiare atď.). Preto je pre úplný popis potrebné poznať závislosť tejto veličiny od času M(x,y,t). Potom sa dajú hodnoty reálne, aj keď približne odhadnúť na základe pozorovaní lesa.
Lúka
Gravitačné pole. Spomeňme si na kurz fyziky. Študovali ste zákon univerzálnej gravitácie, podľa ktorého sa všetky telesá navzájom priťahujú silou úmernou súčinu ich hmotností a nepriamo úmernou druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi.
Uvažujme ktorékoľvek teleso Slnečnej sústavy a označme jeho hmotnosť m. V súlade so zákonom univerzálnej gravitácie na toto teleso pôsobia všetky ostatné telesá Slnečnej sústavy a celková gravitačná sila, ktorú označujeme , sa rovná vektorovému súčtu všetkých týchto síl. Pretože každá zo síl je úmerná hmotnosti m, potom môže byť celková sila reprezentovaná ako: . Vektorová veličina závisí od vzdialenosti od ostatných telies Slnečnej sústavy, teda od súradníc telesa, ktoré sme si vybrali. Z definície uvedenej v predchádzajúcom odseku vyplýva, že množstvo je pole. Toto pole sa nazýva gravitačné pole.
V blízkosti povrchu Zeme sila, ktorou Zem pôsobí na teleso, akým ste vy, ďaleko prevyšuje všetky ostatné gravitačné sily. Toto je gravitačná sila, ktorú poznáte. Keďže gravitačná sila súvisí s hmotnosťou telesa vzťahom , potom v blízkosti povrchu Zeme existuje jednoducho gravitačné zrýchlenie.
Keďže hodnota nezávisí od hmotnosti ani iného parametra telesa, ktoré sme si zvolili, je zrejmé, že ak je v rovnakom bode priestoru umiestnené iné teleso, potom sila pôsobiaca naň bude určená rovnakou hodnotou vynásobenou hmotnosťou nových telies. Pôsobenie gravitačných síl všetkých telies Slnečnej sústavy na určité testovacie teleso teda možno opísať ako pôsobenie gravitačného poľa na toto testovacie teleso. Slovo skúška znamená, že toto teleso nemusí existovať, pole v danom bode priestoru stále existuje a nezávisí od prítomnosti tohto telesa. Skúšobné teleso jednoducho slúži na to, aby bolo možné toto pole merať meraním celkovej gravitačnej sily, ktorá naň pôsobí.
Je celkom zrejmé, že v našich diskusiách sa nemôžeme obmedziť na Slnečnú sústavu, môžeme uvažovať o akomkoľvek systéme telies, bez ohľadu na to, aký veľký je.
Gravitačnú silu vytvorenú určitou sústavou telies a pôsobiacu na testovacie teleso možno znázorniť ako pôsobenie gravitačného poľa vytvoreného všetkými telesami (okrem testovacieho telesa) na testovacie teleso.
Elektromagnetické pole. Elektrické sily sú veľmi podobné silám gravitačným, len pôsobia medzi nabitými časticami a pre rovnako nabité častice sú to sily odpudivé a pre častice s rozdielnym nábojom príťažlivé sily. Zákon podobný zákonu univerzálnej gravitácie je Coulombov zákon. Podľa nej je sila pôsobiaca medzi dvoma nabitými telesami úmerná súčinu nábojov a nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi telesami.
Vzhľadom na analógiu medzi Coulombovým zákonom a zákonom univerzálnej gravitácie je možné zopakovať to, čo bolo povedané o gravitačných silách pre elektrické sily, a môžeme si predstaviť silu pôsobiacu na skúšobný náboj z určitej sústavy nabitých telies. q ako: . Veličina charakterizuje elektrické pole, ktoré poznáte, a nazýva sa intenzita elektrického poľa. Záver týkajúci sa gravitačného poľa možno takmer doslovne zopakovať pre elektrické pole.
Elektrickú silu vytvorenú niektorým systémom nabitých telies a pôsobiacu na skúšobný náboj možno znázorniť ako pôsobenie elektrického poľa vytvoreného všetkými nabitými telesami (okrem skúšobného) na skúšobný náboj.
Interakcia medzi nabitými telesami (alebo jednoducho nábojmi), ako už bolo spomenuté, je veľmi podobná gravitačnej interakcii medzi akýmikoľvek telesami. Je tu však jeden veľmi podstatný rozdiel. Gravitačné sily nezávisia od toho, či sa telesá pohybujú alebo stoja. Ale sila interakcie medzi nábojmi sa mení, ak sa náboje pohybujú. Napríklad medzi dvoma identickými stacionárnymi nábojmi pôsobia odpudivé sily. Ak sa tieto náboje pohybujú, potom sa menia interakčné sily. Okrem elektrických odpudivých síl sa objavujú príťažlivé sily.
Túto silu už poznáte zo svojho kurzu fyziky. Práve táto sila spôsobuje priťahovanie dvoch paralelných vodičov s prúdom. Táto sila sa nazýva magnetická sila. V paralelných vodičoch s identicky smerovanými prúdmi sa náboje pohybujú tak, ako je znázornené na obrázku, čo znamená, že sú priťahované magnetickou silou. Sila pôsobiaca medzi dvoma vodičmi s prúdom je jednoducho súčtom všetkých síl pôsobiacich medzi nábojmi. Prečo v tomto prípade elektrická sila zmizne?
Všetko je veľmi jednoduché. Vodiče obsahujú kladné aj záporné náboje a počet kladných nábojov sa presne rovná počtu záporných nábojov. Preto sú vo všeobecnosti elektrické sily kompenzované. Prúdy vznikajú v dôsledku pohybu iba záporných nábojov, kladné náboje vo vodiči sú stacionárne. Preto magnetické sily nie sú kompenzované.
Mechanický pohyb je vždy relatívny, to znamená, že rýchlosť je vždy daná vzhľadom na nejaký referenčný systém a mení sa pri prechode z jedného referenčného systému do druhého.
Teraz sa pozorne pozrite na obrázok 21. Ako sa líšia kresby? A A b? Na druhom obrázku sa nálože pohybujú. Ale tento pohyb je len v určitom nami zvolenom referenčnom rámci. Môžeme si vybrať iný referenčný rámec, v ktorom sú oba náboje stacionárne. A potom magnetická sila zmizne. To naznačuje, že elektrické a magnetické sily sú sily rovnakej povahy. A skutočne je. Skúsenosti ukazujú, že medzi nábojmi pôsobí jediná elektromagnetická sila, ktorá sa v rôznych referenčných systémoch prejavuje rôzne. Podľa toho môžeme hovoriť o jedinom elektromagnetickom poli, ktoré je kombináciou dvoch polí - elektrického poľa a magnetického poľa. V rôznych referenčných systémoch sa elektrické a magnetické zložky elektromagnetického poľa môžu prejavovať rôznymi spôsobmi. Najmä sa môže ukázať, že v niektorom referenčnom systéme zmizne elektrická alebo magnetická zložka elektromagnetického poľa. teda z relativity pohybu vyplýva, že elektrická interakcia a magnetická interakcia sú dve zložky jedinej elektromagnetickej interakcie.
Ale ak áno, potom môžeme zopakovať záver týkajúci sa elektrického poľa.
Elektromagnetickú silu vytvorenú určitým systémom nábojov a pôsobiacu na skúšobný náboj možno znázorniť ako pôsobenie elektromagnetického poľa vytvoreného všetkými nábojmi (okrem skúšobného náboja) na skúšobný náboj.
Nemali by sme si myslieť, že prostredníctvom príslušného poľa možno vyjadriť iba gravitačné a elektromagnetické interakcie. Metóda opisu interakcie pomocou polí našla široké uplatnenie vo fyzike mikrosveta. Táto metóda môže byť použitá na opísanie širokej škály interakcií. Napríklad Archimedova sila pôsobiaca na teleso ponorené do kvapaliny alebo na balón vo vzduchu sa vyjadruje takto: F A = r gV, Kde g- gravitačné zrýchlenie, V je objem telesa ponoreného do kvapaliny alebo vzduchu, аr je hustota kvapaliny alebo vzduchu. Ako je známe, hustota vzduchu klesá s výškou, t.j. závisí od súradníc. Hustota vody sa tiež mení s hĺbkou; v hĺbkach oceánu je hustota vody o niečo väčšia ako blízko povrchu oceánu. Z toho vyplýva, že hustota závisí od súradníc telesa pod vplyvom Archimedovej sily. To znamená, že môžete zaviesť pole hustoty, ktoré pri pôsobení na teleso vedie k vzniku Archimedovej sily.
Ďalší príklad súvisí so silami pôsobiacimi na teleso usmerňované prúdom kvapaliny alebo plynu. Medzi tieto sily patrí sila odporu voči pohybu vo vodnom alebo plynnom prostredí a vztlaková sila pôsobiaca na krídlo lietadla. Prúdenie kvapaliny alebo plynu je rýchlostné pole (pozri predchádzajúci odsek). Toto pole ovplyvňuje každú časť povrchu tela v prúdení, čo vedie k vzniku ťahových a zdvíhacích síl.
Všeobecný záver, ktorý možno vyvodiť na základe príkladov uvedených v tomto odseku: mnohé sily pôsobiace na teleso nachádzajúce sa vo vákuu alebo v spojitom prostredí možno znázorniť ako výsledok pôsobenia zodpovedajúcich polí na teleso. Medzi takéto sily patria najmä gravitačné a elektromagnetické sily.
